汽車高效空調(diào)關(guān)鍵因子確定性篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)

劉智勇 喬印遷

摘要：本文對《乘用車循環(huán)外技術(shù)/裝置節(jié)能效果評價(jià)方法 第3部分 汽車空調(diào)》征求意見稿進(jìn)行了解讀和分析。汽車空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及周邊環(huán)境復(fù)雜，影響效率的因素眾多，對其中關(guān)鍵因素的篩選確定一直是難點(diǎn)。根據(jù)征求意見稿中的試驗(yàn)方法，本文選用JMP軟件，應(yīng)用確定性篩選設(shè)計(jì)方法，搭建了一個(gè)2響應(yīng)6因子3水平（含2中心點(diǎn)）的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ诓唤档驮囼?yàn)檢測能力的前提下，該設(shè)計(jì)能縮減86%的試驗(yàn)次數(shù)，在單次試驗(yàn)代價(jià)巨大的情況下節(jié)省大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)，并顯著縮短試驗(yàn)周期。

關(guān)鍵詞：高效空調(diào)；循環(huán)外；關(guān)鍵因子；試驗(yàn)設(shè)計(jì)；確定性篩選

緒論

第四階段油耗標(biāo)準(zhǔn)《GB 27999-2014 乘用車燃料消耗量評價(jià)方法及指標(biāo)》中“4.1.7對采用一種或多種循環(huán)外技術(shù)/裝置（例如，怠速起停裝置、換檔提醒裝置、高效空調(diào)、……）的車輛，其車型燃料消耗量可相應(yīng)減去一定額度，但最多不超過0.5L/100km”。因此國標(biāo)委于2017年發(fā)布了《乘用車循環(huán)外技術(shù)/裝置節(jié)能效果評價(jià)方法 第3部分 汽車空調(diào)》征求意見稿。

某自主汽車企業(yè)（以下簡稱該企業(yè)）為了深刻理解標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，建立獲得循環(huán)外節(jié)能“獎(jiǎng)勵(lì)”的能力和技術(shù)儲(chǔ)備，開展了標(biāo)準(zhǔn)解讀和節(jié)能效果影響因素分析驗(yàn)證等工作，其核心是對關(guān)鍵因子篩選試驗(yàn)。

一、標(biāo)準(zhǔn)解讀

標(biāo)準(zhǔn)基于可量化評價(jià)原則，綜合考慮試驗(yàn)精度、可復(fù)現(xiàn)性、成本等因素，確定采用底盤測功機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)。

1.試驗(yàn)條件

試驗(yàn)環(huán)境溫度應(yīng)為30±2℃，試驗(yàn)環(huán)境相對濕度應(yīng)為50%±5%，太陽輻射強(qiáng)度為850±45W/m2。

2.基礎(chǔ)燃料消耗量

試驗(yàn)車輛預(yù)熱后，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)和全部車窗，按要求的太陽輻射強(qiáng)度靜置至少30min。然后按照GB/T 19233—2008 第6 章的要求進(jìn)行3 次試驗(yàn)，并要求呼吸點(diǎn)溫度10 min內(nèi)降到不大于23℃。如能通過重復(fù)性檢驗(yàn)，則以3次的平均值作為基礎(chǔ)燃料消耗量FCON，否則采用較高的2 次試驗(yàn)的平均值作為FCON。

然后關(guān)閉太陽輻射和車輛空調(diào)，車輛以90km/h等速行駛20min后按同樣的試驗(yàn)方法得出基礎(chǔ)燃料消耗量FCOFF。

3.節(jié)能效果

按照公式（1-1）計(jì)算空調(diào)的燃料消耗量FCAC：

FCAC=FCON-FCOFF（1-1）

按照公式（1-2）計(jì)算空調(diào)的燃料消耗量目標(biāo)值TAC：

TAC=0.000918×CM+0.4302955（1-2）

式中CM為整車整備質(zhì)量，單位為kg。

如FCAC小于TAC，則按照公式（1-3）計(jì)算空調(diào)的節(jié)能效果值FCJ：

FCJ=（TAC-FCAC）×K （1-3）

式中K為使用比例系數(shù)，取0.25。

4.標(biāo)準(zhǔn)分析

汽車空調(diào)的節(jié)能效果FCJ和TAC、FCAC及K有關(guān)。其中K是定值；TAC和CM有關(guān)，而CM是定值，故TAC也是定值，因此FCJ主要與FCAC相關(guān)。

FCAC是FCON和FCOFF的差值，而FCOFF與空調(diào)系統(tǒng)無關(guān)，可視為定值。所以FCJ主要與FCON相關(guān)。

二、試驗(yàn)平臺(tái)邊界和輪次

1. 整車平臺(tái)及邊界條件

根據(jù)該企業(yè)現(xiàn)況，選開發(fā)中的中級轎車F的1.5T+CVT車型作為搭載平臺(tái)。此車型標(biāo)配自動(dòng)空調(diào)，整備質(zhì)量為1364kg。經(jīng)評估設(shè)定試驗(yàn)設(shè)邊界如下：

* 完成空調(diào)控制器程序環(huán)模艙標(biāo)定后開始試驗(yàn)；

* 僅對EMS進(jìn)行微調(diào)；

* 所有試驗(yàn)均在同一具有資質(zhì)且定期校驗(yàn)的試驗(yàn)室開展，不再進(jìn)行MSA測量系統(tǒng)分析。

2. 潛在因子評估

從降低外部熱負(fù)荷和提升空調(diào)自身效能等方面篩選出技術(shù)可行的措施，工程轉(zhuǎn)化和代碼化處理后得出潛在因子如表3-1所示：

3.響應(yīng)評估

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)管控的響應(yīng)Y1為開啟空調(diào)燃料消耗量FCON，為連續(xù)型望小值。另外，試驗(yàn)過程中對呼吸點(diǎn)溫度有要求，所以存在第二個(gè)響應(yīng)Y2為呼吸點(diǎn)溫度，為連續(xù)型單邊望目值。

4.試驗(yàn)輪次

經(jīng)調(diào)查符合環(huán)境條件的試驗(yàn)室相對較少，單次試驗(yàn)周期較長且費(fèi)用較高，應(yīng)盡量減少試驗(yàn)次數(shù)。最終決定進(jìn)行三輪試驗(yàn)：第一輪為2響應(yīng)6因子3水平（含2中心點(diǎn)）的關(guān)鍵因子篩選試驗(yàn)，預(yù)計(jì)試驗(yàn)14次；第二輪為最優(yōu)點(diǎn)推導(dǎo)試驗(yàn)，預(yù)計(jì)試驗(yàn)12次；第三輪為一致性驗(yàn)證試驗(yàn)，預(yù)計(jì)試驗(yàn)3次。總計(jì)試驗(yàn)29次，相比常用的全因子試驗(yàn)（216次）縮減86%。

三、關(guān)鍵因子篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

同時(shí)本試驗(yàn)主要關(guān)注各因子的主效應(yīng)和因子間的二次交互效應(yīng)，懷疑有連續(xù)因子對響應(yīng)的效應(yīng)圖可能表現(xiàn)出強(qiáng)曲率，也懷疑有活躍的雙因子交互作用，決定采用確定性篩選試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＿@種模型可以避免最高達(dá)到二階的任何效應(yīng)之間的混雜，且在六個(gè)及以上因子時(shí)試驗(yàn)次數(shù)方面優(yōu)勢明顯。

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

采用JMPv13.0軟件完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)表如表4-2所示：

試驗(yàn)實(shí)施和數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容將在后續(xù)的文章中進(jìn)行闡述。

結(jié)論

由于單次試驗(yàn)代價(jià)巨大，在不降低試驗(yàn)檢測能力的前提下，該確定性篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)試能縮減86%的試驗(yàn)次數(shù)，顯著縮短試驗(yàn)周期，節(jié)省大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。同時(shí)，該試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)及質(zhì)量問題解決有開拓思路和借鑒方法的作用。

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